羊毛纤维直径测定的不确定度评定

彭亚薇，陈海生，邵徐玲，姚梦晴

羊毛纤维是羊的皮肤的变形物。主要的纺织用毛纤维是绵羊毛，通常称作羊毛，具有吸汗透气、防污抗皱、保暖性极佳等优点，多用于秋冬季节的服装。羊毛纤维的品质研究成为纺织行业的热门课题。评定羊毛品质的主要因素是直径、卷曲、色泽、强度以及草杂含量等，本研究主要针对羊毛直径。

羊毛纤维的截面成近似圆形，一般用直径大小来表示它的粗细，也称之为羊毛细度。羊毛细度是确定毛纤维品质和使用价值的重要工艺特性，用纤维的直径微米或品质支数表示。细度越小，支数越高，纺出的毛纱也就越细，其可纺性能也就越好。一般按细度可将羊毛划分为3 类：（1）细羊毛平均直径在30 μm以下的同质毛，细度分布窄，纤维细软，卷曲多，无髓质层，纤维表面鳞片密度大，缩绒性好，价格高。（2）半细羊毛，平均直径在30～52.5 μm，内部有间接的髓质层，细度分布较宽，属两型毛。（3）粗羊毛平均直径在52.5 μm 以上，卷曲少，内部有连续的髓质层，多为杂交土种毛[1]。

应严格控制羊毛直径从而保证产品质量，所以用测定不确定度来分析与处理结果有着非常重要的意义，这样可以使得直径的测定结果更具准确性和科学性。

1 实验部分

1.1 执行标准

实验标准采用GB/T 10685—2007《羊毛纤维直径实验方法 投影显微镜法》，其中所规定羊毛直径为羊毛纵向投影宽度的平均值。

1.2 实验材料与仪器设备

标准毛条、投影显微镜（放大500 倍）、纤维切片器、液体石蜡、载玻片、盖玻片。

1.3 实验步骤

根据标准GB/T 10685—2007 中的操作步骤取样制片，把载有试样的载玻片放在显微镜载物台上，盖玻片面对物镜。先对盖玻片的一角进行调焦，纵向移动载玻片0.5 mm，再横向移动0.5 mm，这两步将在屏幕上取得第一个视野，按照此规则测量视野圆周内的每根纤维直径。[2]

2 不确定度

2.1 含义

不确定度表示的是在实验过程中，由于测量误差的存在，对被测量的不能绝对肯定的程度，同时也代表着测量结果的可信赖程度。它是测量结果质量的指标。不确定度越小，测量结果与被测量的真实值越接近，质量越高，水平越高，参考意义越大，使用价值越高；不确定度越大，测量结果的质量越低，水平越低，参考意义越小，使用价值也越低。

2.2 分类

2.2.1 不确定度的A 类评定

对在规定测量条件下测得的量值用统计分析的方法进行测量不确定度分量的评定。一次测量结果的An 的Ua=S，平均测量结果A 的不确定度计算公式为：

2.2.2 不确定度的B 类评定

用不同于测量不确定度A 类评定的方法对测量不确定度分量进行的评定。它是用实验或其他信息来估计，含有主观鉴别的成分，用Ub表示。

2.2.3 合成标准不确定度

由在一个测量模型中各输入量的标准测量不确定度获得的输出量的标准测量不确定度。合成标准不确定度的自由度称为有效自由度，它表明所评定的有效程度，用Uc表示。[3]

3 测量不确定度的评定

3.1 不确定度来源分析

测量的不确定因素见图1。

图1 测量中存在的不确定因素

3.2 实验重复性产生的不确定度

由同一名检验员对同一个毛条切取10 次进行重复性的实验，结果如表1 所示。

表1 10 次重复性实验的羊毛直径

直径平均值 X=26.08，自由度n-1=9。

标准偏差：

不确定度：

3.3 取样过程产生的不确定度

各类羊毛样品自身普遍存在不均匀性，在人工混合的时候也无法保证百分百的均匀[4]，但是在进行重复性实验不确定度测评的过程中，也间接包含了对样品均匀性不确定度的测定，这里就不再另做评估。

3.4 纤维长度不同产生的不确定度

由同一名检验员制片，分别转动哈氏切片器半格、一格、一格半、两格、两格半、三格制作切片，对所得结果进行直径测量，根数300 根，结果见表2。

表2 切取不同长度所测量出的羊毛直径

由表2 可知，直径平均值 X=26.53，自由度n-1=9。

标准偏差：

不确定度：

3.5 测量根数多少产生的不确定度

由同一名检验员同同一切片进行直径实验，300根以上每隔30 根记录一次数据，结果见表3。

表3 根数不同测量出的羊毛直径

由表3 可知，直径平均值 X=25.99，自由度n-1=9。

标准偏差：

不确定度：

3.6 显微镜分辨率产生的不确定度

显微测微尺的最小分度值为0.01 mm，由显微镜测量导致的B 类不确定度为：

3.7 合成标准不确定度[5]

3.8 扩展不确定度

在置信水平为95%，查T 分布表，按照习惯，取扩展因子k=2，则扩展不确定度为：

3.9 不确定度总结

本次实验所选取的羊毛毛条，在95% 置信区间内，直径大小为（26±0.189 8）μm，各因素不确定度总结见表4。

表4 各因素不确定度

4 结语

不确定度的测量能够有效地反映检测结果的准确性，本研究通过对这几个不确定度来源进行展开分析。通过计算可以看出，由羊毛纤维长度引入的不确定度最大，显微镜分辨率产生的不确定度最小，测量根数及实验重复性带来的不确定度居中。因此，在羊毛直径测定中，为提高检测准确性，切取羊毛时要控制羊毛长度在200～300 mm，为了提高检测效率，可忽略测量根数代入的差异，测量根数达到300根即可。